Blockdit Logo (Mobile)
รู้เรื่องสัตว์ๆ
•
9 พ.ค. 2022 เวลา 01:08 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
รู้เรื่องสัตว์ ๆ ตอนที่ 29 | Biomimicry สิ่งประดิษฐ์ที่ปิ๊งไอเดียจากสัตว์ ตอนที่ 2✈️
หลายศตวรรษที่มนุษย์หาวิธีที่จะโบยบินให้ได้ เพราะการบินอยู่บนท้องฟ้าถือเป็นหนึ่งในความใฝ่ฝันอันยิ่งใหญ่ของมนุษย์
จากอดีตถึงปัจจุบันมนุษย์พยายามคิดค้นและพัฒนาอากาศยานด้วยวิธีการต่าง ๆ
และหนึ่งในแรงบันดาลใจที่สำคัญก็คือการเลียนแบบการบินของสัตว์ที่บินได้ไม่ว่าจะเป็นนกหรือค้างคาวนั่นเอง
ตอนที่แล้วได้กล่าวไปแล้วว่า การที่นกบินได้นั้นเกิดจากการที่นกมีกระดูกกลวงทำให้ตัวเบา มีกล้ามเนื้อระหว่างโคนปีกกับกระดูกอก มีถุงลมและมีขน (feather)🪶 ที่บางและเบาช่วยในการอุ้มอากาศ
แต่นกแต่ละชนิดที่บินได้ก็มีสรีระบางประการที่แตกต่างกันตามความเหมาะสมในการดำรงชีวิตซึ่งส่งผลต่อวิธีการและความอึดในการบินแตกต่างกัน ดังนั้น การบินของนกแต่ละชนิดจึงนำไปสู่แรงบันดาลใจในการประดิษฐ์อากาศยานที่แตกต่างกัน ดังนี้
🛬เครื่องบินจิ๋ว “RoboSwift” ที่ได้แรงบันดาลใจจาก “นกนางแอ่น”
https://nextnature.net/story/2008/roboswift-eyes-in-disguise
RoboSwift เป็นเครื่องบินขนาดเล็กที่ติดตั้งปีกที่สามารถขยับได้และบินได้ด้วยท่วงท่าราวกับนกนางแอ่น
เป็นนกไฮเทคที่มีช่วงปีกยาว 50 ซม. และน้ำหนัก 80 กรัม โดยติดกล้องสังเกตการณ์และพร้อมจะสอดแนมเพื่อใช้ประโยชน์ในการศึกษานกหรือกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์
คิดค้นโดยนักศึกษาวิศวกรรมการบินและอวกาศที่ TU Delft ร่วมกับภาควิชาการทดลองด้านสัตววิทยา (Department of Experimental Zoology) มหาวิทยาลัย Wageningen
โดยนกนางแอ่นต้นแบบก็คือ ‘Common Swift’ หรือ ‘นกแอ่นพันธุ์ยูเรเซีย’ ซึ่งได้ชื่อว่าเป็นนกสุดทรหดที่สามารถบินอยู่เหนือน่านฟ้าได้นานถึง 10 เดือน โดยไม่ต้องแวะพักหรือร่อนลงจอดที่ไหนให้เสียเวลาแม้แต่ครั้งเดียว!
โดยการที่ นกแอ่นพันธุ์ยูเรเซียสามารถอยู่บนฟ้าได้นานขนาดนั้นก็เพราะว่ามีปีกที่ยาวและขาสั้นกว่านกชนิดอื่น และยังผลัดขนทุกๆ 6 เดือน เพื่อไม่ให้ขนยาวเกินไปจนเป็นอุปสรรคในการบิน และด้วยสรีระร่างกายที่ถูกสร้างมาเพื่อบินเช่นนี้ ทำให้สามารถอยู่บนฟ้าได้นานกว่านกชนิดอื่นนั่นเอง
via. https://www.quora.com/Is-there-any-fighter-aircraft-inspired-from-birds
🚁การพัฒนา “เฮลิคอปเตอร์จิ๋ว” เลียนแบบการบินของ “นกฮัมมิงเบิร์ด”
© Mark A. Chappell via. https://faculty.ucr.edu/~chappell/INW/birds4hummerswoodpeckers/Annas.shtml
นกฮัมมิงเบิร์ด (Hummingbirds) เป็นนกที่น่าอัศจรรย์เพราะนอกจากสีสันที่สวยงามแล้ว การคัดเลือกตามธรรมชาติ (natural selection) กว่า 42 ล้านปียังทำให้นกชนิดนี้ที่มีขนาดตัวเท่านิ้วหัวแม่มือและมีน้ำหนัก 5-6 กรัม สามารถครองแชมป์นกที่มีประสิทธิภาพในการบินสูงที่สุด
ฮัมมิงเบิร์ดเป็นนกเพียงชนิดเดียวที่สามารถบินนิ่ง ๆ (hover) อยู่กลางอากาศได้ โดยการบินนิ่ง ๆ นี้ต้องใช้พลังงานสูงกว่าการบินโฉบไปมามาก ซึ่งเทคนิคในการบินของฮัมมิงเบิร์ด ใกล้เคียงกับผึ้งมากกว่านกชนิดอื่น ๆ โดยสามารถหมุนปีกได้ 180 องศาในทุกทิศทางเพราะบริเวณหัวไหล่มีลักษณะเป็นข้อต่อทรงกลม
ในขณะที่ลอยอยู่กลางอากาศส่วนปลายของปีกจะเคลื่อนที่ในแนวระนาบ ทำให้เกิดการกระพือปีกขึ้น ๆ ลง ๆ นอกจากนี้ขนหางคล้ายใบพายสามารถบังคับทิศทางได้ทั้งซ้ายขวาและขึ้นลง นั่นทำให้ฮัมมิงเบิร์ดสามารถบินไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือบินกลับหัวก็ยังได้
ซึ่งรูปแบบการบินแบบนี้คล้ายคลึงกับเฮลิคอปเตอร์ โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและมหาวิทยาลัย Wageningen ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่ทำการติดตามแรงหมุนที่เกิดจากปีกในนกฮัมมิงเบิร์ด 12 สายพันธุ์
โดยพบว่าอัตราส่วนของความยาวต่อความกว้างของปีกนกฮัมมิงเบิร์ดทำให้นกฮัมมิงเบิร์ดสามารถรักษากำลังในการบินเอาไว้ได้ โดยเฉพาะนกฮัมมิงเบิร์ดที่มีอัตราส่วนระหว่างความกว้างต่อความยาวประมาณ 3.5 - 4.0 จะใช้พลังงานในการบินน้อยกว่า
และเมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพในการบินของนกฮัมมิงเบิร์ดกับเฮลิคอปเตอร์จิ๋ว (microhelicopter) ขนาดพอๆ กับฮัมมิงเบิร์ดที่กองทัพของสหราชอาณาจักรใช้ในอัฟกานิสถาน พบว่าเฮลิคอปเตอร์จิ๋วยังมีประสิทธิภาพน้อยกว่าฮัมเมิงเบิร์ด 27%
ซึ่งทีมวิศวกรก็หวังว่าจะนำข้อมูลที่ได้จากการศึกษานี้ไปใช้ในการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบินของเฮลิคอปเตอร์จิ๋วต่อไป รวมถึงการพัฒนาการบินอยู่กับที่ของโดรนด้วย
เฮลิคอปเตอร์จิ๋วขนาดพอๆ กับฮัมมิงเบิร์ดที่ใช้ในการศึกษา ที่มา: https://www.dpaonthenet.net/article/79415/Stanford-engineers-study-hummingbird-flight-dynamics.aspx
🐦“โดรน” ที่ได้แรงบันดาลใจจาก “นกอัลบาทรอส”
มาถึงอีกหนึ่งอากาศยานซึ่งเป็นที่รู้จักและมีประโยชน์อย่างมากในยุคนี้ สิ่งนั้นก็คือ ‘โดรน’ หรืออากาศยานไร้คนขับ (Unmanned Aerial Vehicle: UAV)
เดิมโดรนเป็นเครื่องมือที่มีไว้ใช้ในการสอดแนมทางการทหาร แต่ปัจจุบันถูกนำมาใช้ในหลากหลายวัตถุประสงค์ เช่น โดรนสำหรับถ่ายภาพ โดรนเพื่อการเกษตร โดรนสำหรับแข่ง โดรนส่งของ
มีขนาดใหญ่เล็กและจำนวนใบพัดที่แตกต่างกันขับเคลื่อนด้วยพลังงานหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่ น้ำมันหรือน้ำมันไนโตร
โดรนได้รับแรงแรงบันดาลใจจากนกหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นพัฒนาเพื่อเลียนแบบการบินอยู่กับที่จากนกฮัมมิงเบิร์ดอย่างที่กล่าวไป การลดความเงียบของเสียงบินที่เลียนแบบจากนกฮูกแล้ว ยังเลียบแบบการบินแบบนกอัลบาทรอสอีกด้วย
นกอัลบาทรอส https://www.wildfoottravel.com/antarctica/information/wildlife-plants/birds
นกอัลบาทรอส (albatross) เป็นนกทะเลขนาดใหญ่ มีปีกที่ด้านบนเป็นสีดำและด้านล่างเป็นสีขาวเป็นหนึ่งในนกที่ใหญ่ที่สุดชนิดหนึ่งของโลก
โดยมีปีกกว้างประมาณ 11 ฟุต ซึ่งเป็นนกที่ปีกยาวที่สุดทำให้สามารถบินได้หลายร้อยไมล์ใน 1 วัน โดยแทบไม่ต้องกระพือปีกด้วยซ้ำ
ดังนั้น ทีมนักวิจัยจาก MIT จึงได้นำอัลบาทรอสมาใช้ในการออกแบบการบิน เพื่อพัฒนาโดรน โดยหวังที่จะสร้างโดรนแบบปีกพับที่ขับเคลื่อนด้วยลมให้สามารถบินไปได้ไกลโดยไม่ต้องหยุด
https://www.appliedaeronautics.com/
🦇อุปกรณ์บินสอดแนม “COM-BATi” ที่ได้แรงบันดาลใจจาก “ค้างคาว”
ปิดท้ายแรงบันดาลใจในการบินจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดเดียวในโลกที่สามารถบินได้อย่างค้างคาว
การบินของค้างคาวนั้น แม้จะคล้ายกับนกที่มีการกระพือปักขึ้นลงไปข้างหน้าเพื่อสร้างแรงยก แต่แตกต่างกันที่สรีระของค้างคาวที่มีกระดูก 'นิ้ว' ที่ยืดออกไปและมีส่วนช่วยในการบินได้
โดยเมื่อเทียบกับนกที่ปีกมีลักษณะเป็นเหมือนแขนยาวโดยมีนิ้วเพียงนิ้วเดียวที่ปลายปีก แต่ปีกของค้างคาวประกอบขึ้นจากพังผืด (membrane = patagium) ซึ่งบางและโปร่งแสงและเป็นส่วนหนึ่งของผิวหนังที่ขึงระหว่างตอนปลายของนิ้ว โดยค้างคาวจะมีกระดูกปลายปีกจำนวน 5 ชิ้น
ซึ่งลักษณะปีกแบบนี้ทำให้ค้างคาวมีระยะการเคลื่อนไหวที่ดีในการบิน และแม้ค้างคาวจะไม่มีขน (feather) แบบนกแต่ก็มีขน (hair) เส้นเล็กๆ ที่ไวต่อความรู้สึกและช่วยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในกระแสลมได้
Via. https://www.quora.com/Is-there-any-fighter-aircraft-inspired-from-birds
สำหรับสิ่งประดิษฐ์ที่เลียนแบบค้าวคาวก็คือสิ่งประดิษฐ์ที่ชื่อว่า COM-BATi โดยโดยกลุ่มวิจัยคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมิชิแกนซึ่งรับการสนับสนุนจากกองทัพสหรัฐฯ เป็นเงิน 10 ล้านดอลลาร์และใช้เวลาห้าปีในการพัฒนาหุ่นยนต์ปีกเหล็กที่มีรูปร่างเหมือนค้างคาวซึ่งลองนึกภาพดูก็น่ากลัวอยู่ไม่น้อย
สิ่งประดิษฐ์นี้ทำหน้าที่เป็นเครื่องบินสอดแนมซึ่งมีขนาด 6 นิ้ว ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ ลม และแรงสั่นสะเทือนในการบิน มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ในส่วนหัวที่โปร่งใสโดยไม่ต้องกินแมลง ผลไม้หรือน้ำหวานอย่างค้างคาว
โดยความพิเศษของอุปกรณ์สอดแนมขนาดเล็กนี้สามารถเก็บรวบรวมข้อมูลการเฝ้าระวังจำนวนมากไว้ได้ในขณะที่ใช้พลังงานเพียง 1 วัตต์เท่านั้น
อ้างอิง
  • ●
    ประทีป ด้วงแค (2550) ค้างคาวเมืองไทย: สำหนับการจำแนกชนิดในภาคสนาม
  • ●
    ปิยวรรณ ปนิทานเต. นวัตกรรมสุดเจ๋งที่ได้รับแรงบันดาลใจจากสัตว์. จาก https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/304_43.pdf สืบค้นเมื่อ 3 เม.ย. 2565

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา